固态成像元件、固态成像元件的控制方法和电子装置与流程

本技术涉及固态成像元件。具体地，本技术涉及用于测量距离的固态成像元件、用于控制固态成像元件的方法以及电子装置。

背景技术：

1、常规地，在具有测距功能的电子装置中，已经使用被称为间接tof(飞行时间)系统的测距系统。间接tof系统是通过与用于驱动光源的时钟信号同步地执行曝光来获取多个曝光量并且根据该曝光量间接确定光的飞行时间的系统。在间接tof系统中，提出了固态成像元件以在电荷从光电转换元件传送到浮置扩散层之前将电荷暂时保持在晶体管的栅极电容中(例如，参见专利文献1)。

2、引用列表

3、专利文献

4、专利文献1：jp 2020-13985a。

技术实现思路

1、技术问题

2、在常规技术中，通过在栅极电容中保持电荷来降低读取噪声。然而，在固态成像元件中，信号在曝光累积期间从栅极电容泄漏可能劣化寄生光灵敏度(pls)特性。此外，饱和电荷量由栅极电容速率确定，并且因此可能导致不足的动态范围。pls特性的劣化和不足的动态范围可能不利地降低深度图的图像质量。

3、鉴于这种情况已经构思了本技术。本技术的目的是在使用间接tof系统的固态成像元件中提高图像质量。

4、问题的解决方案

5、已经设计了本技术以解决该问题。本技术的第一方面是一种固态成像元件和用于控制固态成像元件的方法，该固态成像元件包括：像素信号生成单元，生成与从光电转换元件传送到第一浮置扩散层的电荷量相对应的第一像素信号和与对从光电转换元件传送到第二浮置扩散层的电荷量相对应的第二像素信号；第一采样保持电路，保持第一像素信号；以及第二采样保持电路，保持第二像素信号。这提供了提高帧的图像质量的效果。

6、在第一方面中，第一采样保持电路和第二采样保持电路可以分别包括：第一电容元件；第二电容元件，其一端连接至第一电容元件；第一采样晶体管，打开或关闭第一电容元件和第二电容元件的连接节点与像素信号生成单元之间的路径；前级放大晶体管；以及第二采样晶体管，打开或关闭第二电容元件的另一端与预定参考电压之间的路径。这提供了在第二电容元件中保持像素信号的效果。

7、在第一方面中，第一采样保持电路和第二采样保持电路中的一个可以进一步包括用于依次读取第一像素信号和第二像素信号的读取电路，并且第一采样保持电路和第二采样保持电路可以共享读取电路。这提供了减小电路尺寸的效果。

8、在第一方面中，第一采样保持电路和第二采样保持电路可以分别包括：第一电容元件；第一采样晶体管，打开或关闭第一电容元件的一端与像素信号生成单元之间的路径；第二电容元件；以及第二采样晶体管，打开或关闭第二电容元件的一端与像素信号生成单元之间的路径。这提供了提高读取速度的效果。

9、在第一方面中，第一采样保持电路和第二采样保持电路可以分别包括：第一电容元件；第一采样晶体管，打开或关闭第一电容元件的一端与像素信号生成单元之间的路径；第二电容元件；以及第二采样晶体管，打开或关闭第一电容元件的一端与第二电容元件的一端之间的路径。这提供了消除对参考电压的需要的效果。

10、在第一方面中，第一采样保持电路和第二采样保持电路可以分别包括：第一电容元件，其一端连接至像素信号生成单元；第二电容元件；第一采样晶体管，打开或关闭第一电容元件的另一端与第二电容元件的一端之间的路径；以及第二采样晶体管，打开或关闭第二电容元件的一端与预定电源容量之间的路径。这提供了消除对参考电压的需要的效果。

11、在第一方面中，第一采样保持电路和第二采样保持电路可以分别包括：第一电容元件和第二电容元件，第一电容元件的一端和第二电容元件的一端共同连接至像素信号生成单元；第一采样晶体管，打开或关闭第一电容元件的另一端与预定节点之间的路径；第二采样晶体管，打开或关闭第二电容元件的另一端与预定节点之间的路径；以及第三采样晶体管，打开或关闭预定节点与预定电源电压之间的路径。这提供了降低噪声的效果。

12、第一方面可以进一步包括驱动预定数量的像素的垂直扫描电路，其中，像素信号生成单元以及第一采样保持电路和第二采样保持电路可以设置在像素中的每一个中，并且垂直扫描电路可以同时暴露所有像素，保持第一像素信号和第二像素信号，并且针对每行输出第一像素信号和第二像素信号。这提供了根据全局快门系统的曝光的效果。

13、在第一方面中，第一像素信号和第二像素信号可以分别包括复位电平和信号电平，并且垂直扫描电路可以在曝光之前输出复位电平。这提供了提高读取速度的效果。

14、在第一方面中，垂直扫描电路可以在曝光期间输出第一像素信号和第二像素信号。这提供了以非破坏性方式读取像素信号的效果。

15、第一方面可以进一步包括：曝光时间控制单元，基于在曝光期间输出的第一像素信号和第二像素信号控制曝光时间。这提供了设置适当的曝光时间的效果。

16、第一方面可以进一步包括：模拟数字转换器，对第一像素信号和第二像素信号执行模拟数字转换；以及增益控制单元，基于在曝光期间输出的第一像素信号和第二像素信号来控制模拟数字转换器的模拟增益。这提供了设置适当的模拟增益的效果。

17、在第一方面中，像素信号生成单元的一部分可以设置在第一芯片中，并且像素信号生成单元的另一部分以及第一采样保持电路和第二采样保持电路可以设置在第二芯片中。这提供了增大光电转换元件和晶体管的面积的效果。

18、在第一方面中，像素信号生成单元以及第一采样保持电路和第二采样保持电路的各自的一部分可以设置在第一芯片中，并且第一采样保持电路和第二采样保持电路的各自的另一部分可以设置在第二芯片中。这提供了减小第二芯片的电路尺寸的效果。

19、在第一方面中，像素信号生成单元以及第一采样保持电路和第二采样保持电路可以分别包括源极跟随器电路。这提供了通过源极跟随器电路读取信号的效果。

20、在第一方面中，像素信号生成单元以及第一采样保持电路和第二采样保持电路可以分别包括源极接地电路。这提供了通过源极接地电路读取信号的效果。

21、在第一方面中，第一采样保持电路和第二采样保持电路可以分别包括预定数量的电容元件，并且电容元件中的每一个可以是金属-绝缘体-金属(mim)电容器、金属-氧化物-金属(mom)电容器、金属氧化物半导体(mos)电容器、动态随机存取存储器(dram)单元电容器和电容深沟槽隔离(cdti)中的一个。这提供了在mim电容器等中保持像素信号的效果。

22、本技术的第二方面是一种电子装置，包括：像素信号生成单元，生成与从光电转换元件传送到第一浮置扩散层的电荷量相对应的第一像素信号和与从光电转换元件传送到第二浮置扩散层的电荷量相对应的第二像素信号；第一采样保持电路，保持第一像素信号；第二采样保持电路，保持第二像素信号；以及测距操作单元，基于第一像素信号和第二像素信号生成距离信息。

23、这提供了提高深度图的图像质量的效果。

技术特征：

1.一种固态成像元件，包括：

2.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，

3.根据权利要求2所述的固态成像元件，其中，

4.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，

5.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，

6.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，

7.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，

8.根据权利要求1所述的固态成像元件，进一步包括：

9.根据权利要求8所述的固态成像元件，其中，

10.根据权利要求8所述的固态成像元件，其中，

11.根据权利要求10所述的固态成像元件，进一步包括：曝光时间控制单元，基于在曝光期间输出的所述第一像素信号和所述第二像素信号来控制曝光时间。

12.根据权利要求10所述的固态成像元件，进一步包括：

13.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，所述像素信号生成单元的一部分设置在第一芯片中，并且所述像素信号生成单元的另一部分以及所述第一采样保持电路和所述第二采样保持电路设置在第二芯片中。

14.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，所述像素信号生成单元以及所述第一采样保持电路和所述第二采样保持电路的各自的一部分设置在第一芯片中，并且所述第一采样保持电路和所述第二采样保持电路的各自的另一部分设置在第二芯片中。

15.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，所述像素信号生成单元以及所述第一采样保持电路和所述第二采样保持电路分别包括源极跟随器电路。

16.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，所述像素信号生成单元以及所述第一采样保持电路和所述第二采样保持电路分别包括源极接地电路。

17.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，

18.一种用于控制固态成像元件的方法，所述方法包括：

19.一种电子装置，包括：

技术总结
本发明提高了使用间接ToF方法的固态成像元件中的图像质量。该固态成像元件设置有像素信号生成单元、第一采样保持电路和第二采样保持电路。像素信号生成单元生成与从光电转换元件传送到第一浮置扩散层的电荷量相对应的第一像素信号和与从光电转换元件传送到第二浮置扩散层的电荷量相对应的第二像素信号。第一采样保持电路保持第一像素信号。第二采样保持电路保持第二像素信号。

技术研发人员：冈田千丈
受保护的技术使用者：索尼半导体解决方案公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8